分布式操作系统概念及模型
第12章 分布式系统的应用
缺陷：顺序号丢失（空序）或乱序需要重传或可 能会产生错误。
《分布式系统》(十二) 08-06 24
存储器相关性问题
• 第 3 类的读复制算法是 DSM 系统中普遍采用的。 Li 和Hudak进一步提出了这类算法的3种实现方法。
– 集中管理者算法 – 分布式管理者算法 – 动态分布式管理者算法 （P272）
缺陷：发生颠簸。
《分布式系统》(十二) 08-06
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存储器相关性问题
3. 读复制算法（转移和复制）
是一个“多读/单写”协议，其写操作：
1) （客户端）如果需要的数据不在本地，确定它的位置， 然后发出请求； 2)（远程主机）收到请求，发出数据对象；（转移） 3) （客户端）收到对象，并对所有拥有数据对象拷贝的站 点发出使无效或更新的组播； 4) （远程主机）收到使无效信号，使本地拷贝无效，或接 受更新信号并且更新本地拷贝；（复制） 5)（客户端）访问数据对象（写）。
设访问控制的文件访问）
• 用本地系统和远程系统的 UID 映射（域映射或域信 任等），以控制访问权； （如 Windows 域信任或 Unix 的
主机信任）
• 分布式系统中，每个用户有一个确定且唯一的 UID ， 这个 UID 在任何处理机上有效而且不需要映射。 （全局统一的用户UID和文件访问控制）
《分布式系统》(十二) 08-06 4
分布式操作系统
• 因此，分布式操作系统较网络操作系统的 关键区别是 Tanenbaum 提出的 8 个不同程度 的透明性概念：
– – – – – – – – 访问透明性 并发透明性 错误透明性 位置透明性 移植透明性 并行透明性 性能透明性 复制透明性
(P263)
《分布式系统》(十二) 08-06
分布式控制系统概述PPT课件
DeviceNet
Foundation Fieldbus
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第二节 DCS组成
2.操作站： 完成人机界面功能、供操作员操作监视。
1. 画面种类：流程图、总貌、控制组、调整趋势、 报警归档等。
2. 宝钢高炉控制系统：800多幅流程图画面（操 作）、200多幅报警画面。
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第二节 DCS组成
10
5
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本章知识点
第一章 概述
1.分布式控制系统的概念 2.分布式控制系统的组成、结构 3.分布式控制系统的特点 4.分布式控制系统的体系结构
和技术特点 5.分布式控制系统的发展
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7
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8
第一节 DCS概念
一、概念
• 分布式计算机控制系统又称集散控制系统，简称 DCS（Distributed Control System)
工厂停工，重则导致设备的损坏甚至发生火灾、爆炸
等恶性事故，这就是所谓“危险集中”。
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☞而采用一台计算机工作、另一台计算机备用的双机双 工系统，或采用常规仪表备用方式，虽可提高控制系 统的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大， 则经济性更差，用户难以接受。因此，有必要吸收常 规模拟仪表和计算机控制系统的优点，并且克服它们 的弱点，利用各种新技术和新理论，研制出新型的控 制系统。
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☞20 世纪 70 年代初，大规模集成电路的问世及微处理 器的诞生，为新型控制系统的研制创造了物质条件。 同时，CRT 图形显示技术和数字通信技术的发展，为 新型控制系统的研制提供了技术条件，现代控制理论 的发展为新型控制系统的研制和开发提供了理论依据 和技术指导。根据“危险分散”的设计思想，过去由 一台大型计算机完成的功能，现在可以由几十台甚至 几百台微处理机来完成。各微处理机之间可以用通信 网络连接起来，从而构成一个完整的系统。
《分布式计算架构与应用》课程教学大纲
《分布式计算架构与应用》课程教学大纲分布式计算架构与应用课程教学大纲课程信息- 课程名称：分布式计算架构与应用- 课程代码：DCA001- 学分：3- 先修课程：计算机原理、操作系统、数据结构与算法- 授课语言：中文- 授课方式：课堂讲授、实践操作与练课程教学目标本课程旨在使学生掌握分布式计算架构的基本概念、原理以及应用实践，并具备分布式计算系统的设计与实现能力。
通过本课程的研究，学生将能够：1. 理解分布式计算的定义、特点以及发展趋势。
2. 掌握分布式计算的基本架构和模型，包括集中式、对等式和混合式架构。
3. 熟悉分布式计算的常见技术，如远程过程调用（RPC）、消息队列（Message Queue）、分布式文件系统等。
4. 理解分布式计算的挑战与解决方案，如网络延迟、数据一致性、故障容错等。
5. 能够分析和设计分布式计算系统，包括系统架构、通信模型、数据存储与处理等方面。
6. 具备分布式计算系统的实现与应用能力，并能够参与实际项目的开发与调试。
课程内容与安排第1周：分布式计算导论- 分布式计算的定义、基本概念与特点- 分布式计算的发展历程与应用领域- 分布式计算的优势与挑战第2周：分布式计算架构与模型- 集中式架构、对等式架构和混合式架构- 分布式计算模型：Client/Server、Master/Slave、Peer-to-Peer 等第3周：远程过程调用（RPC）- 远程过程调用的基本原理与实现- 常见的RPC框架：gRPC、Apache Thrift等- 实验：使用RPC实现简单的分布式计算任务第4周：消息队列（Message Queue）- 消息队列的概念与应用场景- 基于消息队列的分布式计算模式- 开源消息队列系统的使用：RabbitMQ、Apache Kafka等第5周：分布式文件系统- 分布式文件系统的基本概念与架构- 常见的分布式文件系统：Hadoop HDFS、Ceph等- 实验：构建分布式文件系统集群并进行文件读写操作第6周：数据一致性与分布式事务- 数据一致性的概念与分类- 分布式事务的基本原理与实现方式- CAP定理与ACID特性的权衡第7周：故障容错与负载均衡- 分布式系统中的故障类型与处理策略- 负载均衡的原理与算法- 实验：使用负载均衡算法优化分布式计算任务的执行效率第8周：分布式计算的安全与隐私- 分布式计算中的安全问题与威胁- 隐私保护与数据加密在分布式计算中的应用- 实验：设计安全的分布式计算系统并进行数据保护实践课程评估方式- 平时作业：30%- 期中考试：20%- 期末项目：30%- 课堂参与度：20%参考教材- 《分布式系统原理与范型》（马润聪等著）- 《分布式计算系统》（姜承尧等著）- 《分布式系统：原理与范型》（袁春风等著）以上为本课程《分布式计算架构与应用》的教学大纲，请同学们按照教学进度进行学习和实践，祝您学有所获！。
分布式控制系统DCS简介演示
云计算与大数据应用
随着云计算和大数据技术的快速发展，DCS也开始与这些技术结合，实现数据存 储、分析和处理的云化。
通过云计算和大数据应用，可以实现数据挖掘、预测分析、优化控制等功能，为 企业的决策提供有力支持。
总结词提高发电效率，保障电力全详细描述在电力行业中，分布式控制系统（DCS）主要用于协调控制发电机组、输配电网络和负载，实现高效发电和电力 安全。通过DCS，电力公司能够实时监控和管理电力生产过程，优化资源配置，提高发电效率，同时确保电网的 稳定运行。
化工行业应用案例
总结词
实现生产自动化，提高产品质量
分布式控制系统DCS简介演 示
汇报人： 2024-01-10
目录
• DCS概述 • DCS的体系结构 • DCS的主要功能 • DCS的发展趋势 • DCS的案例分析
01
DCS概述
DCS的定义
01
DCS是分布式控制系统的简称， 是一种集中管理和分散控制相结 合的控制系统。
02
它由多个控制器、输入输出模块 、通信网络和人机界面等组成， 实现对工业过程的控制和管理。
软件体系结构
01
02
03
04
实时操作系统
提供多任务调度、任务间通信 、内存管理等机制。
控制算法库
提供各种控制算法和策略，如 PID控制、模糊控制等。
人机界面软件
提供操作员界面，支持多种显 示和控制功能。
系统管理软件
负责系统配置、维护和管理。
网络体系结构
通讯协议
采用标准的通讯协议，如 EtherNet/IP、Modbus等。
第1章 linux操作系统概述
微内核模型：内核中大部分模块都是独
立的进程，并在一定的特权状态下运行， 各模块之间通过消息传递进行通信。这 种机制的系统核心称为微内核。
大内核模型：整个核心模块可分为若干个子模
块，但在核心运行时，它是一个独立的二进制 映象，模块间的通信是直接调用其他模块中的 函数实现的。这种机制的系统核心称为大内核。
操作系统的设计目标
面向用户的设计目标：
1. 使用户方便使用计算机系统并容易学习。 2. 计算机系统对用户可靠、安全和高效。
面向系统设计目标：
1. 使操作系统容易设计，实现。
2. 使系统维护方便、灵活并可靠。
操作系统的功能
资源分配器：管理和分配软硬件资源。 控制器：控制用户程序执行，并对I/O设
资源共享。 加速计算—均分负载。 可靠性和通信。
分布式系统(续）
网络操作系统：
提供文件共享。 提供通信协议。 与网络相连接的各个计算机都是独立运行的。
分布式操作系统：
相互连接的各个计算机几乎没有自主权。 提供控制这个网络的单一操作系统映象。
手持系统
个人数据助理。 移动电话。 存在的问题：
实用程序及应 用软件 用户1 用户2 用户3 用户n
编译器
操作系统 汇编器 文本编辑器 ┅ 数据库系统 （内核） 系统和实用程序
操作系统 计算机硬件
机器指令系统 CPU、内存和 I/O接口
对系统层次框图的说明
硬件：CPU、内存、I/O接口。CPU中的指令系统是软 硬件的接口。 操作系统：控制和协调硬件资源执行多个应用程序 的程序。由于操作系统处在软硬件中心位置，故此 也称为核心或内核。 实用程序：由计算机系统提供的用以解决用户计算 问题的一组系统软件和应用软件。例如系统软件有： 编译器、汇编器、文本编辑器等等。应用软件有： 数据库系统，视频游戏以及税收系统等等。 用户：使用计算机的对象，包括人、机器以及与该 计算机相连接的其他计算机。
操作系统的分布式文件系统与存储
操作系统的分布式文件系统与存储随着互联网的迅速发展和数据量的不断增加，传统的中心化文件系统和存储体系已经无法满足大规模数据处理和分布式计算的需求。
为了解决这个问题，分布式文件系统和存储应运而生。
本文将介绍什么是分布式文件系统和存储，它们的特点和优势，以及常见的几个应用案例。
一、分布式文件系统和存储的概念分布式文件系统是指由多台存储节点组成的文件系统，通过网络连接，将数据分布在不同的节点上进行存储和处理。
每个节点都可以独立地执行读写操作，并提供高可用性、可扩展性和容错能力。
分布式存储是指将海量数据分布在多个节点上进行存储和管理，实现数据的冗余备份和高性能访问。
它可以将数据并行地存储在多个节点上，并通过数据分片和副本机制来提供高可用性和容错性。
二、分布式文件系统和存储的特点和优势1. 可扩展性：分布式文件系统和存储可以根据需求动态地增加或减少存储节点，实现弹性扩容和收缩。
2. 高可用性：由于数据的冗余备份和节点的容错机制，当某个节点出现故障时，系统可以无缝地切换到其他可用节点，保证数据的可靠性和服务的连续性。
3. 高性能：通过并行处理和数据分片机制，分布式文件系统和存储可以实现高并发读写操作和快速数据访问。
4. 数据安全性：分布式文件系统和存储通过数据分片、加密传输和访问权限控制等手段，保护数据的安全性和隐私性。
5. 成本效益：相比于传统的中心化存储体系，分布式文件系统和存储具有更低的成本和更高的性价比。
三、分布式文件系统和存储的应用案例1. Hadoop分布式文件系统（HDFS）：HDFS是Hadoop开源项目的核心组件，用于存储和处理大规模数据。
它通过将数据分布在多个节点上，并自动进行数据冗余备份，实现数据的高可用性和容错性。
2. Google文件系统（GFS）：GFS是Google开发的分布式文件系统，用于存储和管理Google的海量数据。
它通过数据的分片、副本和容错机制，实现了高性能和可靠性。
分布式操作系统概念及模型
分布式操作系统概念及模型分布式操作系统（Distributed Operating System，缩写为DOS）是指一种可以运行在多个计算机节点上的操作系统。
与传统的单机操作系统相比，分布式操作系统具有更高的可靠性、可扩展性和性能，并且可以有效地管理多个计算节点上的资源。
1.分布性：分布式操作系统的核心特点是将计算机系统的资源分布到多个节点上。
每个节点都可以管理自己的资源，并且可以通过网络进行通信和协作。
这种分布性使得分布式操作系统能够更好地满足大规模计算和数据处理的需求。
2.透明性：分布式操作系统提供了一种透明的访问机制，使得用户和应用程序可以像使用单机操作系统一样使用分布式系统。
用户无需关心底层实现细节，只需要调用相应的系统接口，分布式操作系统会帮助完成资源的分配和管理。
透明性可以分为多个层面，包括访问透明、位置透明、迁移透明等。
3.可靠性：分布式操作系统可以通过冗余和故障恢复机制来提高系统的可靠性。
当系统中的一些节点发生故障时，其他节点可以自动接管该节点的工作，并在故障恢复后将工作重新分配回来。
这种冗余和故障恢复机制可以提高系统的容错性和可用性，从而确保系统能够持续运行。
4.可扩展性：分布式操作系统可以根据需要动态扩展系统的规模。
当系统的负载增加时，可以向分布式系统中添加更多的计算节点来分担负载。
与此同时，分布式操作系统还能够根据负载情况自动地调整资源的分配和负载均衡策略，以充分利用系统的性能和资源。
1.客户端-服务器模型：在这种模型中，系统包含一个或多个服务器节点和多个客户端节点。
服务器节点负责提供服务，例如文件共享、数据库访问等，而客户端节点则向服务器节点发送请求并接收相应的服务。
客户端-服务器模型可以提供良好的可扩展性和性能。
2.对等网络模型：在对等网络模型中，系统中的每个节点都具有相同的功能和权限。
节点之间可以进行直接的通信和协作，而无需经过中心节点的调度和控制。
对等网络模型在对等计算、分布式存储等方面具有广泛的应用。
操作系统概念(第九版)答案
操作系统概念(第九版)答案简介《操作系统概念(第九版)答案》是一本针对《操作系统概念(第九版)》教材的答案集合。
本文档旨在提供读者对操作系统相关概念的理解和应用基础。
目录1.引论2.进程管理3.处理机调度4.进程同步5.死锁6.内存管理7.虚拟内存8.文件系统9.输入与输出10.磁盘存储管理11.安全性和保护12.分布式系统13.多媒体操作系统14.实时系统第一章引论本章的目标是介绍操作系统的概念和功能，包括定义了什么是操作系统、操作系统的历史和发展、操作系统的分类以及操作系统的基本组成部分。
问题1：操作系统是什么？答案：操作系统是一个管理计算机硬件和软件资源的软件系统。
它为用户提供一个在硬件和软件之间进行交互的接口，同时协调和控制计算机的各个组件，以实现有效和可靠的计算机操作。
问题2：操作系统的历史和发展？答案：操作系统的历史可以追溯到大约20世纪50年代，当时计算机的使用范围相对较小，操作系统也比较简单。
随着计算机技术的发展，操作系统逐渐变得复杂而且功能强大。
在20世纪60年代，随着多道程序设计的发展，操作系统开始支持同时运行多个程序。
这就导致了对资源的合理分配和进程调度的需求。
同时，操作系统的文件系统和输入输出功能也得到了改进和扩展。
在20世纪70年代，个人计算机的出现使得操作系统变得更加普及。
同时，分时操作系统和分布式操作系统的概念也开始出现。
到了20世纪80年代和90年代，图形用户界面(GUI)的引入和互联网的普及使得操作系统更加用户友好和功能丰富。
现在，操作系统已经成为计算机系统中不可或缺的一部分，为计算机用户提供各种功能和服务。
问题3：操作系统的分类有哪些？答案：操作系统可以根据不同的标准进行分类。
以下是国际上常用的操作系统分类方法：1.目标计算机系统：大型机操作系统、小型机操作系统、微型机操作系统、嵌入式系统操作系统。
2.处理方式：批处理系统、分时操作系统、实时操作系统。
3.用户数量：单用户操作系统、多用户操作系统。
操作系统面试题目(3篇)
第1篇一、操作系统概述1. 请简述操作系统的功能和作用。
2. 操作系统有哪些类型？请举例说明。
3. 请解释单用户操作系统和多用户操作系统的区别。
4. 请简述实时操作系统的特点和适用场景。
5. 请解释分时操作系统和实时操作系统的区别。
二、进程与线程1. 请解释进程和线程的概念，并说明它们之间的关系。
2. 请简述进程的状态及其转换过程。
3. 请解释进程同步和互斥的概念，并举例说明。
4. 请解释线程的调度策略，如先来先服务、时间片轮转等。
5. 请说明进程和线程在资源分配、调度等方面的区别。
三、内存管理1. 请解释虚拟内存的概念及其作用。
2. 请简述内存分配算法，如固定分区、动态分区、分页等。
3. 请解释页面置换算法，如FIFO、LRU、LFU等。
4. 请说明内存碎片的概念及其解决方法。
5. 请解释内存映射的概念及其应用。
四、文件系统1. 请解释文件系统的概念及其作用。
2. 请简述文件系统的分类，如顺序文件系统、索引文件系统等。
3. 请解释文件的存储结构，如链表、树、哈希表等。
4. 请解释文件系统的磁盘调度算法，如先来先服务、最短寻道时间优先等。
5. 请解释RAID技术及其不同级别。
五、设备管理1. 请解释设备管理的概念及其作用。
2. 请简述设备驱动程序的概念及其作用。
3. 请解释中断处理的过程。
4. 请解释DMA的概念及其特点。
5. 请解释I/O控制方式，如程序直接控制方式、中断驱动方式、直接存储器访问方式等。
六、进程调度1. 请解释进程调度的概念及其作用。
2. 请简述进程调度算法，如先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
3. 请解释调度算法的评价指标，如响应时间、吞吐量、周转时间等。
4. 请解释多级反馈队列调度算法。
5. 请解释多处理器调度算法。
七、并发与并行1. 请解释并发和并行的概念及其区别。
2. 请简述进程同步和互斥的方法，如临界区、互斥量、信号量等。
3. 请解释死锁的概念、产生条件、避免和解决方法。
分布式操作系统的概念
分布式操作系统的概念分布式操作系统属于分布式软件系统其中的一部分，主要负责负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。
分布式操作系统，用于通信和资源共享的计算机网络中，除了共享文件系统外，用户知道网络中其他计算机的存在，每台计算机拥有自己的操作系统，整个网络并没有整体的协调。
网络操作系统仅仅维护了全局文件系统和用户的帐户信息，并要求客尸和服务器间遵循一致的通信协议而已。
对于应用于集群的分布式操作系统来说，试图让用户感觉不到多台计算机的存在，并提供较高的计算性能和可用性。
因此分布式操作系统DistributedOperatingSystem的设计要充分地体现系统的透明性、可靠性和并行性。
透明性让用户感觉到面对的集群就和一台计算机一样是分布式系统设计首要解决的问题，也就是设计透明性的系统，包括：①位置透明性，使用户不需要关心所使用的系统资源的具体位置是在哪台机器上：②迁移透明性，使得系统资源可以在系统内任意移动却不影响它们在全局名字空间的名字;③复制透明性，允许系统在多个节点上复制使用频率很高的文件并自动维护文件的一致性，而用户仅感觉到复制文件的存在：④并发透明性，使得多个用户同时并发请求某资源时可能感觉到系统的迟钝但感觉不到其他用户的存在;⑤并行透明性，使得单个任务被系统并行处理，但用户仅仅感觉到系统的响应比较快而不需要知道并行的存在。
可靠性设计分布式系统的原因之一是因为它能比单处理机系统更加可靠。
当某个机器故障停机时，其他机器能接替它的工作。
可靠性实际包含了：①可用性Availability，一般通过冗余关键性的软硬件宋实现，当其中一个失效时，其他的部件能接替工作：②安全性，分布式系统的安全性问题比单处理机系统远为复杂，防止非法使用文件和其他资源的任务更为艰巨。
并行性提供高性能的计算能力是设计分布式系统的一个初衷，但这个目标的达成受到很多的限制，比如通信较慢使得进程的全局调度困难重重。
为了改善通信延迟的影响，通常要减少消息的数目，但为了提高性能，应该让一个任务并行地运行在多个处理器上，这是一对矛盾。
分布式操作系统
本章内容提要
分布式系统概述 分布式操作系统概述 分布式系统的实现
●通信问题 ●进程管理 ●死锁问题 ●文件系统 ●中间件
10.1 分布式系统概述
10.1.1 分布式系统概述
1．分布式系统特征
分布式系统是多个处理机通过通信线路互连而构 成的松散耦合系统，它对用户是透明的。
一般认为，分布式系统应具有以下四个特征： ① 分布性 ② 自治性 ③ 并行性 ④ 全局性
10.2.1 分布式操作系统简介
分布式操作系统是配置在分布式系 统上的共用操作系统。
用户利用透明的方式访问系统内的 远程资源，即用户访问远程资源的 方式和访问本地资源一样。
10.2.2 4种多机系统的比较
多处理器系统〔Multiprocessor Systems〕 ▲每个节点只有一个CPU，所有外部设备都是共享的 ▲共享同一个内存，彼此严密地耦合在一起 ▲整个系统共享同一操作系统 多计算机系统〔Multicomputer Systems〕
10.1.2 分布式系统的优点
〔1〕资源共享 〔2〕加快计算速度 〔3〕可靠性高 〔4〕方便快捷的通信
▲缺点 主要是可用软件缺乏，系统软件、编程语言、应用程
序以及开发工具都相对很少；还存在通信网络饱和或信 息丧失以及网络平安问题，方便的数据共享同时意味着 机密数据容易被窃取。
பைடு நூலகம்
10.2 分布式操作系统概述
▲分布式系统有很多特征与网络系统一样 ▲分布式系统是虚拟的单机系统，通常各节点上运行统一的操作系统，利用消息机制实现通信，具备数据迁移、计算迁移和进程迁移等功能。
10.2.3 分布式系统的设计目标
1．透明性
▲分布式系统的一个重要特征是系统的分布性对用户是完全透明的 ▲可在两个层次上实现透明性:对用户隐藏分布性;系统对程序透明
《分布式操作系统》课件
人工智能与分布式操作系统
01
人工智能技术的发展需要强大 的计算能力和数据处理能力， 分布式操作系统能够为此提供 有力支持。
02
分布式操作系统通过集成人工 智能算法和框架，可以实现机 器学习、深度学习等复杂计算 任务的分布式处理。
03
人工智能与分布式操作系统结 合，可以提高人工智能应用的 性能和效率，推动人工智能技 术的快速发展和应用。
分布式系统特点
分布式系统具有并行性、透明性、可 扩展性和可靠性等特点。
分布式系统的通信协议
通信协议分类
分布式系统的通信协议 可以分为基于消息传递 、基于远程过程调用和 基于Web服务等方式。
通信协议实现
通信协议的实现需要考 虑数据传输的可靠性、 实时性和安全性等问题 。
通信协议选择
选择合适的通信协议对 于分布式系统的性能和 稳定性至关重要。
阐述负载均衡的概念、分类和应用场景，以 及如何实现负载均衡。
资源监控与故障处理
讨论如何监控分布式资源的使用情况，以及 在出现故障时的处理和恢复机制。
04 分布式操作系统的实例分析
Google的分布式操作系统
01
分布式文件系统
Google File System（GFS）为 Google的大规模分布式计算提 供了可靠的、可伸缩的存储服务 。
大数据处理与分布式操作系统
大数据时代产生了海量的数据，需要分布式系统进行高效处理和分析。
分布式操作系统在大数据处理中扮演着核心角色，提供数据分片、任务调 度、容错处理等功能，确保大数据处理的效率和准确性。
随着大数据技术的不断发展，分布式操作系统需要不断优化和改进，以适 应不断增长的数据处理和分析需求。
02
分布式计算框架
分布式基本概念
分布式基本概念 从这周开始深⼊学习Zookeeper，主要是看PAXOS到ZOOKEEPER分布式⼀致性理论与实践以及Zookeeper3.5的源码，在整个学习过程中会整理⼀些学习笔记。
分布式系统是⼀个硬件或者软件组件分布在不同⽹络计算机上，彼此之间仅仅通过消息传递来进⾏通信和协调的系统。
⼀个分布式系统通常具有以下特点：分布式：在空间上随意分布，对等性：组成分布式系统的所有节点都是对等的。
并发性缺乏全局时钟。
在分布式系统很难确定多个时间的顺序，原因就是分布式系统缺乏⼀个全局的时钟。
故障总是会发⽣。
分布式系统体系机构⾯对着诸多的难题和挑战：通信异常：分布式系统需要在各个节点之间进⾏⽹络通信，⽽⽹络本⾝是不可靠的。
⽹络分区：当⽹络由于发⽣异常情况，最终导致组成分布式系统的所有节点，只有部分节点之间能够进⾏通信，另⼀些节点则不能。
这种现象称为⽹络分区，俗称脑裂。
三态：分布式系统的每⼀次请求与响应存在特有的三态概念，即成功、失败、超时。
节点故障：指组成分布式系统的服务器节点出现的宕机或“僵死”现象。
从ACID到CAP/BASEACID 事务是由⼀系列对系统中数据进⾏访问与更新的操作所组成的⼀个程序执⾏逻辑单元，⼀个数据库事务具有以下四个特性：原⼦性（Atomicity）：指事务必须是⼀个原⼦的操作序列单元。
在执⾏过程中要么全部执⾏，要么全部不执⾏。
⼀致性（Consistency）：事务的执⾏不能破坏数据库的完整性和⼀致性，事务在执⾏前后数据库必须处于⼀致的状态。
隔离性（Isolation）：并发的事务是互相隔离的，⼀个事务的执⾏不能被其他事务⼲扰。
标准的SQL规范中，定义了4个事务隔离级别：Read Uncommitted、Read Committed、Repeatable Read和Serializable。
MySQL的默认隔离级别是：RepeatableRead，Oracle的默认隔离级别是：READ COMMITTED。
操作系统(第四版)期末复习总结
操作系统（第四版）期末复习总结第一章操作系统引论1、操作系统是什么？操作系统为用户完成所有“硬件相关，应用无关“的工作，以给用户方便、高效、安全的使用环境1.1、定义：操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调多个任务的活动，实现信息的存取和保护。
它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。
1.2、目标（1）、方便性：配置OS后计算机系统更容易使用（2）、有效性：改善资源利用率；提高系统吞吐量（3）、可扩充性：OSde结构（如层次化的结构：无结构发展->模快化结构->层次化结构->微内核结构）（4）、开放性：OS遵循世界标准范围。
1.3、作用：（1）、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（API／CUI／GUI）即：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。
（２）、OS是计算机系统资源的管理者（处理机、存储器、I/O设备、文件）处理机管理是用于分配和控制处理机存储器管理是负责内存的分配与回收I/O设备管理是负责I/O设备的分配（回收）与操纵文件管理是用于实现文件的存取、共享和保护（3）、OS实现了对计算机资源的抽象（OS是扩充机/虚拟机）2、操作系统的发展过程2.1、未配置操作系统的计算机系统（40年代手工操作阶段）（1）、人工操作方式：用户独占全机，资源空闲浪费。
缺点：手工装卸、人工判断、手工修改与调试内存指令等造成CPU空闲；提前完成造成剩余预约时间内的CPU完全空闲；I/O设备的慢速与CPU的速度不匹配造成的CPU空闲等待时间（2）、脱机输入输出（Off-Line I/O）方式。
优点：减少了CPU的空闲时间提高了I/O速度2.2、单道批处理系统（50年代）（1）、解决问题：单道批处理系统是在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的。
批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。
（但单道批处理系统仍不能充分利用资源，故现在已很少用）单道批处理分为：联机批处理、脱机批处理联机批处理：CPU直接控制作业输入输出脱机批处理：由外围机控制作业输入输出（2）、缺点：系统资源利用率低（因为内存中只存在一道程序，I/O请求成功前CPU都处于空闲状态）（3）、特征自动性。
分布式系统电子科大ppt课件
Distributed systems principles and paradigms
分布式系统:原理和范例
中文版，原书第2版 清华大学出版社 辛春生 陈宗斌 等译
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2018/10/29
成绩构成
10% 平时成绩 20% 大作业 70% 期末测试
先行课:
计算机网络 操作系统 面向对象编程
21
移动计算和普适计算的区别
2018/10/29
分布式系统举例－P2P计算
P2P计算 P2P最根本的思想，同 时也是它与C/S最显著 的区别在于网络中的 节点（peer）既可以 获取其它节点的资源 或服务同时又是资源 或服务的提供者，即 兼具Client和Server的 双重身份。
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2018/10/29
2018310现或曾担任计算机应用研究计算机科学技术学报jcstacmgisieeeicde等学术期刊和会议的审稿9thinternationalconferencewebbasedlearningicwl2010的programchairsecondinternationalworkshopinformationmanagementmobileapplicationsinconjunctionvldb2012的technicalprogramcommitteeacm会员中国计算机学会会员科大树蛙工作室指导老师2008级软件3班2012级计算机10班党员教师指导学生获得2012年银杏黄创新创业基金创新创业训练计划长虹杯软件创意大赛省科技创新苗子工程等多项
2018/10/29
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分布式系统举例－物联网
物联网 物联网就是把传感器装 备到电网、铁路、桥梁、 隧道、公路、建筑、供 水系统、大坝、油气管 道以及家用电器等各种 真实物体上，通过互联 网联接起来，进而运行 特定的程序，达到远程 控制或者实现物与物的 直接通信。
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迁移
重定位 复制 并发 故障 持续
隐蔽资源的物理移动
隐蔽正在使用的资源迁移 隐蔽资源的复制 隐蔽若干用户共享同一资源所产生的竞争 隐蔽资源的故障与排错恢复 隐蔽软件资源所处的存储空间：内存或磁盘
1.5 可扩展性（ Scaling ）
规模上可扩展
地域上可扩展
管理上可扩展
Scalability Problems
2.1.1
Multiprocessors
A bus-based multiprocessor
基于总线的多处理器系统
增加缓存，提高命中率 问题：
存储器非相关性（nocoherent） 扩展性有限
2.1.2
Homogeneous Multicomputer Systems
基于总线：基于广播的通讯，扩展受节点数目限制 基于交换：基于互联网络通讯的多种不同的拓扑结构
An example of dividing the DNS name space ines
复制技术（解决性能下降问题）
新问题：一致性问题 解决：全局同步机制
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分布式系统的软硬件环境
2.1 Hardware Concepts
Different basic organizations and memories in distributed computer systems
Separating applications from operating system code through a microkernel.
Multiprocessor Operating Systems
monitor Counter { private: int count = 0; public: int value() { return count;} void incr () { count = count + 1;} void decr() { count = count – 1;} }
SETI: 搜索外星人
探索外星文明 射电天文望远镜: Arecibo (305m) 地理位置: Puerto Rico（波多黎各） 接收 4,000,000 无线电波段 下载屏保程序作数据分析 中央控制系统分布数据 SETI@home 项目基于UC Berkeley（伯 克利开放式网络计算平台），开源项目
分布式操作系统概念及模型
姜海燕 南京农业大学信息科技学院计算机系
主要内容
1 分布式系统概念与内涵 2 分布式系统的软硬件环境 3 分布式系统常用模型
1
分布式系统概念与内涵
1.1 分布式系统定义
A distributed system is:
A collection of independent computers that appears to its users as a single coherent system. (Tanenbaum et al. 2004)
2.2.4
不同操作系统的比较
分布式DOS 多处理器 多计算机
很高 高 是 N 网络 NOS 低 否 N 文件 中间件 系统 高 否 N 多样化 由节点管 理 较好 开放
比较指标 透明度
操作系统同构 是 操作系统个数 1
基本通信手段 共享内存 消息 资源管理 可调节性 开放性
全局中央 全局分布 由节点 式 式 管理 很差 封闭 适中 封闭 很好 开放
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客户-服务器模型
3.1 Clients and Servers
General interaction between a client and a server.
3.2 应用程序分层（Processing Level ）
The general organization of an Internet search engine into three different layers
2.2.2
网络操 作系统
网络操作系统
网络应用程序
网络操 作系统 网络操 作系统 网络操 作系统
计算机硬件…
网络
传统操作系统的扩充，为用户提供各种交换信息和资源共享的服务
NOS特征
单机操作系统的扩充 为远程用户提供网络服务 每台计算机都有自己的操作系统（同构或异构） 提供各种通信协议 提供应用程序设计接口 （API） 系统容错能力较差 简单灵活，可扩展性好，但透明性较差 典型例子：UNIX, Windows NT, 2000
Concept Centralized services Centralized data Example
A single server for all users A single on-line telephone book Doing routing based on complete information
分布式数据
分布式应用
经典分布式应用
远程访问 网络文件系统 ATM （银行自动取款机） 分布式数据库 WWW （万维网） 全球定位系统 自动售货终端机 航空管制系统 网络拍卖系统
SETI : 搜索外星人
IBM倡导组织，名为“网格社区” 项目 SETI(search for extra-Terrestrial Intelli-gence)
中间件系统实例
Sun RPC, CORBA, DCOM, Java RMI 实现在网络协议之上 隐蔽网络、硬件、操作系统以及程序设计 语言的异构性 提供标准服务界面
类型
消息中间件(MOM：Message-Oriented Middleware) 数据库中间件(Database Middleware） 远程过程调用中间件(RPC:Remote Process Call) 对象请求代理中间件(ORB：Object Request Broker) 事务处理中间件(TP Monitor：Transaction Process Monitor) 反射中间件 移动中间件 自适应中间件
3.3 分层体系结构
Alternative client-server organizations (a) – (e).
Multitiered Architectures
An example of a server acting as a client
3.4 Modern Architectures
RC5：密码破解计划
破译 RSA 实验室给出的密码，找出密钥 奖金: $10,000 美元 RC_56: 250 天破译 (1997) RC_64: 1,757 天破译 (2002) RC_72: ?
1.4 透明性（ Transparency ）
透明性
访问 位置
描述
隐蔽数据表达方法和资源访问方法的不同之处 隐蔽资源所处的物理位置
1.2 分布式系统特征
一组由网络互联的、自治的计算机和资源 资源为用户所共享 可以集中控制，也可以分布控制 计算机可以同构，也可以异构 分散的地理位置 分布式故障点 没有全局时钟 大多数情况下没有共享内存
1.3 应用领域
分布式计算：
数学计算，环境模拟，生物和仿生，经济和财政模 型，气象预报 数据挖掘, 信息检索，保险分析，图像处理 事务处理，电子商务，远程文件交换，电子信件
纵向分布 横向分布
An example of horizontal distribution of a Web service.
分布式系统定义
A distributed system organized as middleware. Note that the middleware layer extends over multiple machines.
分布式系统定义
一个分布式系统是一组位于网络计算机上 的并发构件，这些构件之间的通信以及任 务协调都只能通过信件传递进行，其目的 是实现资源共享。 (Coulouris et al. 2005)
a) b)
Grid Hypercube
2.2 Software Concepts
System Description Tightly-coupled operating system for multi-processors and homogeneous multicomputers Loosely-coupled operating system for heterogeneous multicomputers (LAN and WAN) Main Goal
Centralized algorithms
Scaling Techniques
隐藏通行等待时间（解决：地域扩展）
异步通信方式 启动新控制线程执行请求 将部分工作分散给客户（交互程序中）
Scaling Techniques
分布（Distribution）技术
将某组件分割为多个部分，分散到系统中
Middleware and Openness
In an open middleware-based distributed system, the protocols used by each middleware layer should be the same, as well as the interfaces they offer to applications.
A monitor to protect an integer against concurrent access.